CN106077607A - 一种用于发动机的复合散热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机的复合散热材料，由下列重量份的原料制成：白口铸铁5‑15份、球墨铸铁5‑10份、铝合金10‑15份、镁合金15‑25份、钛粉5‑9份、镍粉4‑9份、碳化铁6‑12份、二硫化钼4‑8份、铬钼钢5‑10份、磷钨酸4‑9份、氮化硼4‑11份、氮化硅7‑12份、二氧化硅4‑9份、丙烯酸7‑13份、聚四氟乙烯3‑7份、羧甲基纤维素3‑8份、抗氧化剂5‑10份、热稳定剂5‑10份。制备而成的用于发动机的复合散热材料，其抗压强度高、散热性能好、摩擦系数小。同时，还公开了相应的制备方法。

Description

一种用于发动机的复合散热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种用于发动机的复合散热材料及其制备方法。

背景技术

发动机是汽车的心脏，是推动汽车行业快速发展的原动力。所以发动机的材料在汽车行业的技术革新中地位非常关键。汽车发动机常用的材料主要是铸铁和合金铸铁。启动后，发动机缸体很快达到工作温度，并且和铝活塞的热膨胀系数完全一样，受热后间隙变化小，可以减少冲击噪声和机油消耗，所以是几类常用的材料。

近年来，汽车发动机正在向着高性能、高响应、低油耗、轻型化的方向快速发展。而为了能够实现发动机的高功率、轻量化、低燃油消耗、低公害等要求，采用新的材料是有效的措施。其中发动机的散热性能是制约上述功能发展的一大因素，所以积极的寻求及研发发动机用的复合散热材料是提高发动机整体效能的一个有利方向，所以这方面的研究也就显得尤其重要了。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于发动机的复合散热材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到了一种碎纸机用超薄陶瓷金属切割刀，其抗压强度高、散热性能好、摩擦系数小，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于发动机的复合散热材料，由下列重量份的原料制成：白口铸铁5-15份、球墨铸铁5-10份、铝合金10-15份、镁合金15-25份、钛粉5-9份、镍粉4-9份、碳化铁6-12份、二硫化钼4-8份、铬钼钢5-10份、磷钨酸4-9份、氮化硼4-11份、氮化硅7-12份、二氧化硅4-9份、丙烯酸7-13份、聚四氟乙烯3-7份、羧甲基纤维素3-8份、抗氧化剂5-10份、热稳定剂5-10份。

优选地，所述的抗氧化剂选自特丁基对苯二酚、二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚、邻苯二甲酸二丙烯酯中的一种或几种。

优选地，所述热稳定剂选自己二酸二辛酯、丙二醇甲醚醋酸酯、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、双丙烯酸丁二酯中的一种或几种。

所述的用于发动机的复合散热材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照重量份称取各原料；

（2）将白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镁合金、钛粉、镍粉、碳化铁、二硫化、铬钼钢、抗氧化剂倒入研钵中研磨混合均匀，再将该混合粉末加到球磨机中，加入适量的酒精进行湿法球磨，球磨速度为30转/ 秒，球磨2-2.5h后将混合粉体放入 真空干燥箱中于60℃条件下烘干，得到粉末状混合物；

（3）将磷钨酸、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、丙烯酸、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、热稳定剂加入超声震荡器中，在60kHz、550W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（4）将步骤（2）得到的粉末状混合物加到步骤（3）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为300-350℃，出口温度为130-140℃，得到颗粒状物料，然后过70目筛；

（5）将过筛后的物料放入模具中，由液压机以220-250Mpa 的压力压制成型， 获得生坯，将得到的生坯放入-50℃的低温箱中冷却9-13分钟；

（6）将低温冷却后的生坯浸渍于铬酸钾溶液中，维持5min后取出生坯，将生坯 在干燥箱中于60-80℃中干燥60-80min ，然后在氮气氛围中，于1300-1500℃烧 结90-110min，随后冷却至室温，得到成品。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

（1）本发明的用于发动机的复合散热材料以白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镁合金、钛粉、镍粉、羧甲基纤维素、丙烯酸为主要成分，通过加入碳化铁、二硫化、铬钼钢、磷钨酸、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、聚四氟乙烯、抗氧化剂、热稳定剂，辅以高温煅烧、搅拌球磨、超声分散、干燥过筛、压模冷却、烧结、加工成型等工艺，使得制备而成的用于发动机的复合散热材料，其抗压强度高、散热性能好、摩擦系数小，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。

（2）本发明的用于发动机的复合散热材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

（1）称取白口铸铁5份、球墨铸铁5份、铝合金10份、镁合金15份、钛粉5份、镍粉4份、碳化铁6份、二硫化钼4份、铬钼钢5份、磷钨酸4份、氮化硼4份、氮化硅7份、二氧化硅4份、丙烯酸7份、聚四氟乙烯3份、羧甲基纤维素3份、特丁基对苯二酚5份、己二酸二辛酯5份；

（2）将白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镁合金、钛粉、镍粉、碳化铁、二硫化、铬钼钢、特丁基对苯二酚倒入研钵中研磨混合均匀，再将该混合粉末加到球磨机中，加入适量的酒精进行湿法球磨，球磨速度为30转/ 秒，球磨2h后将混合粉体放入 真空干燥箱中于60℃条件下烘干，得到粉末状混合物；

（3）将磷钨酸、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、丙烯酸、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、己二酸二辛酯加入超声震荡器中，在60kHz、550W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（4）将步骤（2）得到的粉末状混合物加到步骤（3）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为300℃，出口温度为130℃，得到颗粒状物料，然后过70目筛；

（5）将过筛后的物料放入模具中，由液压机以220Mpa 的压力压制成型， 获得生坯，将得到的生坯放入-50℃的低温箱中冷却9分钟；

（6）将低温冷却后的生坯浸渍于铬酸钾溶液中，维持5min后取出生坯，将生坯 在干燥箱中于60℃中干燥60min ，然后在氮气氛围中，于1300℃烧 结90min，随后冷却至室温，得到成品。

制得的用于发动机的复合散热材料的性能测试结果如表1所示。

实施例2

（1）称取白口铸铁8份、球墨铸铁6份、铝合金12份、镁合金18份、钛粉6份、镍粉5份、碳化铁8份、二硫化钼5份、铬钼钢6份、磷钨酸5份、氮化硼7份、氮化硅9份、二氧化硅5份、丙烯酸10份、聚四氟乙烯4份、羧甲基纤维素4份、二丁基羟基甲苯7份、丙二醇甲醚醋酸酯7份；

（2）将白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镁合金、钛粉、镍粉、碳化铁、二硫化、铬钼钢、二丁基羟基甲苯倒入研钵中研磨混合均匀，再将该混合粉末加到球磨机中，加入适量的酒精进行湿法球磨，球磨速度为30转/ 秒，球磨2.2h后将混合粉体放入 真空干燥箱中于60℃条件下烘干，得到粉末状混合物；

（3）将磷钨酸、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、丙烯酸、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、丙二醇甲醚醋酸酯加入超声震荡器中，在60kHz、550W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（4）将步骤（2）得到的粉末状混合物加到步骤（3）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为320℃，出口温度为134℃，得到颗粒状物料，然后过70目筛；

（5）将过筛后的物料放入模具中，由液压机以230Mpa 的压力压制成型， 获得生坯，将得到的生坯放入-50℃的低温箱中冷却10分钟；

（6）将低温冷却后的生坯浸渍于铬酸钾溶液中，维持5min后取出生坯，将生坯 在干燥箱中于68℃中干燥70min ，然后在氮气氛围中，于1400℃烧 结95min，随后冷却至室温，得到成品。

制得的用于发动机的复合散热材料的性能测试结果如表1所示。

实施例3

（1）称取白口铸铁13份、球墨铸铁9份、铝合金14份、镁合金22份、钛粉8份、镍粉7份、碳化铁10份、二硫化钼6份、铬钼钢9份、磷钨酸8份、氮化硼9份、氮化硅10份、二氧化硅8份、丙烯酸11份、聚四氟乙烯6份、羧甲基纤维素7份、丁基羟基茴香醚9份、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡9份；

（2）将白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镁合金、钛粉、镍粉、碳化铁、二硫化、铬钼钢、丁基羟基茴香醚倒入研钵中研磨混合均匀，再将该混合粉末加到球磨机中，加入适量的酒精进行湿法球磨，球磨速度为30转/ 秒，球磨2.4h后将混合粉体放入 真空干燥箱中于60℃条件下烘干，得到粉末状混合物；

（3）将磷钨酸、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、丙烯酸、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡加入超声震荡器中，在60kHz、550W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（4）将步骤（2）得到的粉末状混合物加到步骤（3）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为340℃，出口温度为138℃，得到颗粒状物料，然后过70目筛；

（5）将过筛后的物料放入模具中，由液压机以240Mpa 的压力压制成型， 获得生坯，将得到的生坯放入-50℃的低温箱中冷却12分钟；

（6）将低温冷却后的生坯浸渍于铬酸钾溶液中，维持5min后取出生坯，将生坯 在干燥箱中于75℃中干燥75min ，然后在氮气氛围中，于1480℃烧 结105min，随后冷却至室温，得到成品。

制得的用于发动机的复合散热材料的性能测试结果如表1所示。

实施例4

（1）称取白口铸铁15份、球墨铸铁10份、铝合金15份、镁合金25份、钛粉9份、镍粉9份、碳化铁12份、二硫化钼8份、铬钼钢10份、磷钨酸9份、氮化硼11份、氮化硅12份、二氧化硅9份、丙烯酸13份、聚四氟乙烯7份、羧甲基纤维素8份、邻苯二甲酸二丙烯酯10份、双丙烯酸丁二酯10份；

（2）将白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镁合金、钛粉、镍粉、碳化铁、二硫化、铬钼钢、邻苯二甲酸二丙烯酯倒入研钵中研磨混合均匀，再将该混合粉末加到球磨机中，加入适量的酒精进行湿法球磨，球磨速度为30转/ 秒，球磨2.5h后将混合粉体放入 真空干燥箱中于60℃条件下烘干，得到粉末状混合物；

（3）将磷钨酸、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、丙烯酸、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、双丙烯酸丁二酯加入超声震荡器中，在60kHz、550W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（4）将步骤（2）得到的粉末状混合物加到步骤（3）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为350℃，出口温度为140℃，得到颗粒状物料，然后过70目筛；

（5）将过筛后的物料放入模具中，由液压机以250Mpa 的压力压制成型， 获得生坯，将得到的生坯放入-50℃的低温箱中冷却13分钟；

（6）将低温冷却后的生坯浸渍于铬酸钾溶液中，维持5min后取出生坯，将生坯 在干燥箱中于80℃中干燥80min ，然后在氮气氛围中，于1500℃烧 结110min，随后冷却至室温，得到成品。

制得的用于发动机的复合散热材料的性能测试结果如表1所示。

对比例1

（1）称取白口铸铁5份、镁合金15份、钛粉5份、镍粉4份、碳化铁6份、二硫化钼4份、铬钼钢5份、磷钨酸4份、氮化硼4份、二氧化硅4份、丙烯酸7份、聚四氟乙烯3份、羧甲基纤维素3份、特丁基对苯二酚5份、己二酸二辛酯5份；

（2）将白口铸铁、镁合金、钛粉、镍粉、碳化铁、二硫化、铬钼钢、特丁基对苯二酚倒入研钵中研磨混合均匀，再将该混合粉末加到球磨机中，加入适量的酒精进行湿法球磨，球磨速度为30转/ 秒，球磨2h后将混合粉体放入 真空干燥箱中于60℃条件下烘干，得到粉末状混合物；

（3）将磷钨酸、氮化硼、二氧化硅、丙烯酸、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、己二酸二辛酯加入超声震荡器中，在60kHz、550W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（4）将步骤（2）得到的粉末状混合物加到步骤（3）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为300℃，出口温度为130℃，得到颗粒状物料，然后过70目筛；

（5）将过筛后的物料放入模具中，由液压机以220Mpa 的压力压制成型， 获得生坯，将得到的生坯放入-50℃的低温箱中冷却9分钟；

（6）将低温冷却后的生坯浸渍于铬酸钾溶液中，维持5min后取出生坯，将生坯 在干燥箱中于60℃中干燥60min ，然后在氮气氛围中，于1300℃烧 结90min，随后冷却至室温，得到成品。

制得的用于发动机的复合散热材料的性能测试结果如表1所示。

对比例2

（1）称取白口铸铁15份、球墨铸铁10份、铝合金15份、镍粉9份、碳化铁12份、二硫化钼8份、铬钼钢10份、磷钨酸9份、氮化硼11份、氮化硅12份、聚四氟乙烯7份、羧甲基纤维素8份、邻苯二甲酸二丙烯酯10份、双丙烯酸丁二酯10份；

（2）将白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镍粉、碳化铁、二硫化、铬钼钢、邻苯二甲酸二丙烯酯倒入研钵中研磨混合均匀，再将该混合粉末加到球磨机中，加入适量的酒精进行湿法球磨，球磨速度为30转/ 秒，球磨2.5h后将混合粉体放入 真空干燥箱中于60℃条件下烘干，得到粉末状混合物；

（3）将磷钨酸、氮化硼、氮化硅、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、双丙烯酸丁二酯加入超声震荡器中，在60kHz、550W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（4）将步骤（2）得到的粉末状混合物加到步骤（3）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为350℃，出口温度为140℃，得到颗粒状物料，然后过70目筛；

（5）将过筛后的物料放入模具中，由液压机以250Mpa 的压力压制成型， 获得生坯，将得到的生坯放入-50℃的低温箱中冷却13分钟；

（6）将低温冷却后的生坯浸渍于铬酸钾溶液中，维持5min后取出生坯，将生坯 在干燥箱中于80℃中干燥80min ，然后在氮气氛围中，于1500℃烧 结110min，随后冷却至室温，得到成品。

制得的用于发动机的复合散热材料的性能测试结果如表1所示。

将实施例1-4和对比例1-2的用于发动机的复合散热材料分别进行抗拉强度、导热系数、摩擦系数的测试。

表1

	抗拉强度（MPa）	导热系数（W.m.K-1）	摩擦系数
				实施例1	1444	597	0.15
实施例2	1490	603	0.12
				实施例3	1502	612	0.10
实施例4	1513	608	0.11
				对比例1	527	156	0.51
对比例2	619	124	0.60

本发明的用于发动机的复合散热材料以白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镁合金、钛粉、镍粉、羧甲基纤维素、丙烯酸为主要成分，通过加入碳化铁、二硫化、铬钼钢、磷钨酸、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、聚四氟乙烯、抗氧化剂、热稳定剂，辅以高温煅烧、搅拌球磨、超声分散、干燥过筛、压模冷却、烧结、加工成型等工艺，使得制备而成的用于发动机的复合散热材料，其抗压强度高、散热性能好、摩擦系数小，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的用于发动机的复合散热材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于发动机的复合散热材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：白口铸铁5-15份、球墨铸铁5-10份、铝合金10-15份、镁合金15-25份、钛粉5-9份、镍粉4-9份、碳化铁6-12份、二硫化钼4-8份、铬钼钢5-10份、磷钨酸4-9份、氮化硼4-11份、氮化硅7-12份、二氧化硅4-9份、丙烯酸7-13份、聚四氟乙烯3-7份、羧甲基纤维素3-8份、抗氧化剂5-10份、热稳定剂5-10份。

2.根据权利要求1所述的用于发动机的复合散热材料，其特征在于：所述的抗氧化剂选自特丁基对苯二酚、二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚、邻苯二甲酸二丙烯酯中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的用于发动机的复合散热材料，其特征在于：所述热稳定剂选自己二酸二辛酯、丙二醇甲醚醋酸酯、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、双丙烯酸丁二酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于发动机的复合散热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照重量份称取各原料；

（2）将白口铸铁、球墨铸铁、铝合金、镁合金、钛粉、镍粉、碳化铁、二硫化、铬钼钢、抗氧化剂倒入研钵中研磨混合均匀，再将该混合粉末加到球磨机中，加入适量的酒精进行湿法球磨，球磨速度为30转/秒，球磨2-2.5h后将混合粉体放入 真空干燥箱中于60℃条件下烘干，得到粉末状混合物；

（3）将磷钨酸、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、丙烯酸、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、热稳定剂加入超声震荡器中，在60kHz、550W的条件下分散均匀，得到混合料浆；

（4）将步骤（2）得到的粉末状混合物加到步骤（3）得到的混合料浆中，搅拌均匀后加入喷雾干燥塔，进口温度为300-350℃，出口温度为130-140℃，得到颗粒状物料，然后过70目筛；

（5）将过筛后的物料放入模具中，由液压机以220-250Mpa 的压力压制成型， 获得生坯，将得到的生坯放入-50℃的低温箱中冷却9-13分钟；

（6）将低温冷却后的生坯浸渍于铬酸钾溶液中，维持5min后取出生坯，将生坯 在干燥箱中于60-80℃中干燥60-80min ，然后在氮气氛围中，于1300-1500℃烧 结90-110min，随后冷却至室温，得到成品。